发明专利｜美国国际商业机器公司提出的一种直流微电网的功率共享方法-北极星输配电网

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摘要：提供了使用虚拟阻抗频率下垂控制的DC网络中的功率共享技术。在一个方面，一种用于具有连接到至少一个负载的多个电能产生源的DC网络中的功率共享的方法包括以下步骤：在每个电能产生源处：生成可控DC电压；在DC电压的顶部叠加可控AC信号；使用虚拟阻抗频率下垂控制来调节AC信号；并且使用调节的AC信号确定期望的DC电压输出。然后可以调节DC电压以匹配所需的直流电压输出。还提供了用于DC网络中的功率共享的系统。

申请人国际商业机器公司

发明人 J•德霍格 K•R•拉玛钱德拉 F•休茨

图1示出根据本发明实施例的示例性直流(DC)网络的框图;

技术领域

本发明涉及功率共享，并且更具体地涉及用于通过在DC电压的顶部叠加小的交流(AC)电压来使用虚拟阻抗频率下垂控制的直流(DC)网络中的功率共享技术

背景技术

目前，供应给最终用户的大部分电能作为交流电或AC来传输。其历史原因在于：在电网的早期，没有电力电子设备，交流电的主要优点之一是它可以很容易地转换为高电压进行传输(减少损耗)，然后再转换为为最终用户提供低电压(以提高安全性)。

然而，整个能源行业正在开始使用直流(DC)网络而不是AC网络。有许多有力的论据支持这一点：今天的电力电子技术意味着AC的原有优势不再相关;在很高的电压下，直流输电实际上比交流输电更有效;并且在低电压下，DC网络更容易维护并且具有更少的问题(例如，没有谐波)。

然而，也许支持DC网络的最重要的论点是大多数最终用户负载和源实际上已经是基于DC的。目前通常采用本地产生的直流电(例如来自光伏电池板)并使用逆变器将其转换为交流电。然而，大多数情况下，最终用户设备中的电源将其接收的交流电转换回直流电。参见例如Singh等人的“ 直流微电网与地方电力的属性”，IEEE Spectrum(2014年2月发布)。

与此同时，整个能源行业存在大的趋势朝向分布式网络和微电网发展。通常，微电网已经使用柴油发电机等来源来产生交流电。越来越多的这些应用发现使用可再生能源(例如太阳能)和能量储存的组合来提供其能量需求是成本有效的。这些来源更适合于DC。

然而，DC网络的操作中的一个挑战是确保在源之间存在适当的功率共享。即，许多微电网将有多个电池(或发电站点)。如果它们与它们提供的负载处于不同的距离(即，不同的阻抗)，则由于电网络的性质，将会有不同的电源提供不均匀的功率量。例如，如果第一源和第二源分别与负载具有距离L1和L2，并且L2>L1，则由于到负载的距离更大/阻抗更大，从第一源将需要更多的功率提取到为负载供电。

如果电源之间的功率分配未被解决，则可能的风险/缺点包括：微电网的稳定性降低;能量存储装置的不均匀放电(和充电);能量存储或分布式发电设备老化和更换率较高;和不可预测的资产更换时间表。

如在Schiffer等人的“ 用于微电网中的无功分享的基于共识的分布式电压控制”，European Control Conference(ECC)第13版第1299-1305页，法国斯特拉斯堡(2014年6月)，DC微电网中的有功功率共享问题在某些方面类似于AC微电网中的无功功率共享问题。然而，大多数现有方法使用外部通信基础设施，其可能是昂贵的并且可能引入漏洞和复杂性。

因此，强烈需要稳定，简单的解决方案来确保DC网络中的多个能量源之间的平衡的功率共享。

发明内容

本文提供了用于通过在DC电压的顶部叠加小的交流(AC)电压来使用虚拟阻抗频率下垂控制来在直流(DC)网络中进行功率共享的技术。在本发明的一个方面中，提供了一种用于具有连接到至少一个负载的多个电能产生源的DC网络中的功率共享的方法。该方法包括以下步骤：在每个电能产生源处：产生可控DC电压;在DC电压的顶部叠加可控交流(AC)信号;使用虚拟阻抗频率下垂控制来调节AC信号;并且使用调节的AC信号确定期望的DC电压输出。然后可以调节直流电压以匹配所需的直流电压输出。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于DC网络中的功率共享的系统。该系统包括：连接到至少一个负载的多个电能产生源。每个电能产生源包括：控制器，配置为控制由电能产生源生成的DC电压，通过电能产生源控制叠加在DC电压之上的AC信号，并且使用虚拟阻抗频率下垂控制调节AC信号;以及处理器装置，用于使用调节的AC信号来确定期望的DC电压输出。

通过参考以下详细描述和附图，将获得对本发明的更完整的理解以及本发明的进一步的特征和优点。

图2示出根据本发明实施例的用于DC网络(诸如图1中的DC网络)中的功率共享的示例性方法的图;

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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